GIANTS Software 借助英特尔® 图形性能分析器优化 Farming Simulator* 15

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GIANTS Software Farming Simulator 15 等游戏中采用的基于物理的高级渲染技术大大突破了技术的极限。 英特尔® 图形性能分析器(英特尔® GPA)在查找漏洞和优化最新一代基于物理的渲染器方面,发挥着重要作用。

Farming Simulator 15 是一款真实农场模拟游戏,用户挑战各种农耕任务,包括饲养动物(牛、鸡和羊)、种植作物和收获庄稼。 玩家可以在广阔、开放的环境中使用 100 多种车辆和工具开发自己的农场。

Farming Simulator 15 适用于多种平台,并通过互联网支持多人游戏。 主版本支持 Windows* 和 OS X*、Sony PlayStation*3 和 PlayStation4,以及 Xbox One* 和 Xbox 360*。 除主版本之外,还提供支持 iOS* 和 Android*,以及 Nintendo 3DS* 和 PlayStation Vita 的移动版本。 GIANTS 每两年更新一次主版本,并在期间发布移动版本。

GIANTS Farming Simulator 15 具备许多创新功能,其中包括采用高级网格切割算法模拟砍树动作,以及模拟拖车堆满车厢的情形。

网格切割

在任意位置切割任意类型的网格(例如本游戏中模拟伐树动作)是一项技术挑战。

在 Farming Simulator 15 中,网格切割包含三个步骤:

  1. 切割可视网格(XYZ,UV,法线),然后镶嵌横截面。
  2. 切割碰撞表层。
  3. 计算切片的质量属性。

可视网格

为了快速检索可视网格的横截面和切片,GIANTS 采用边界表示法 (B-rep)。 Jarek Rossignac、Alla Safonova 和 Andrzej Szymczak 在论文 “3D Compression Made Simple: Edgebreaker on a Corner Table”(文章链接见“更多信息”)中指出:基于三角形的边界表示法并没有严格地以 Corner Table 为基础。 翼边和半边 B‑reps 由于占用大量内存空间和较长的遍历时间,因此不太适用。

横截面

切割可视网格后,其横截面由 OpenGL* Utility Library (GLU) 进行镶嵌。 横截面纹理必须对齐,不显示留有树皮的年轮。 有关对齐的计算从顶点的主组件分析开始。

碰撞表层

碰撞表层包括凸多面体。 用刨子劈裂多面体后会留下凸块。

质量属性

切片的质量和惯性从碰撞表层开始计算。 该引擎使用凸多面体(而非实际多面体)的 AABB,因为从 AABB 开始计算质量属性成本更低,而且从物理角度来说比较合理。

网格切割只是 GIANT Software 引擎所具备的高级功能之一。

开发

GIANTS Software 拥有 16 名员工:8 名设计师和 8 名开发人员,他们拥有深厚的计算机科学知识,并且曾任职于 Sony Computer Entertainment 和 NVIDIA 等公司。 GIANTS 将他们分成两个八人团队,各自开展相关的工作。 其中一个团队一直致力于 Farming Simulator,每两年发布一个主版本,每隔一年发布一个移动版本。 当游戏开发进入最后阶段时,两个团队开始合作,共同完成最后的发布工作。

Farming Simulator 15 采用全新的渲染方法,称为 “基于物理的渲染”。 通过模拟灯光在金属、塑料和玻璃等材质上的表现,新渲染器能够产生照片级的逼真渲染效果,游戏中的许多车辆尤其如此。 过去 10 年里,GIANTS 一直使用 C++ 和 Microsoft Visual Studio* 开发渲染引擎。 Farming Simulator 15 已进入第五代,这为团队增加新功能奠定了坚实的基础。

然而,GIANTS 使用该引擎并不单单为了 Farming Simulator 这一款游戏。 该公司还有另外两款游戏: Demolition Company 和 Ski Region Simulator。 用户可以通过 Lua 脚本扩展游戏,而且有大批粉丝提供他们自己的 mods。 尽管游戏本身并不占用太多 CPU 资源,但用户脚本会增加 CPU 所承受的负载,所以这正是对拥有采用英特尔® 酷睿™ 处理器的电脑的玩家有利的地方,因为这样可以确保游戏顺畅运行。

专用服务器版本

Farming Simulator 通过互联网支持多人游戏。 玩家可以自己托管会话,也可以通过游戏服务器提供商为他们托管游戏。 游戏服务器提供商运行 Windows Server* 实例,以便同时托管尽可能多的游戏。

为支持游戏服务器提供商同时运行尽可能多的 Farming Simulator 15 实例,GIANTS Software 开发了专用服务器版本。 该服务器版本无显示 (Headless),并面向双路英特尔® 至强™ 处理器(采用 16 个内核和超线程技术)而优化。 经过高度优化,该服务器版本可支持游戏服务器提供商同时运行 50 个 Farming Simulator 15 实例,从而有效降低了成本,并大幅提升了产品的可扩展性。

挑战

采用各种专用 API 支持多个平台加重了团队的工作负担。 他们支持 Microsoft DirectX* 9 及更高版本、GLU,以及大量面向 Xbox 和 Nintendo 的控制台 API。

在 Farming Simulator 15 中,英特尔 GPA 使用 DirectX 9,生成黑色三角形,帮助团队查找并修复渲染引擎中的漏洞。 通过使用面向 DirectX 的图形帧分析器和面向 DirectX 工作负载的图形监控器,开发人员可以识别并立即解决渲染代码中的问题,这是及时发布高品质 Farming Simulator 15 的一个关键步骤。

展望未来

在即将发布的 Farming Simulator 版本中,GIANTS Software 将专注于在 OS X 和 Windows 上分别使用 Metal* 和 DirectX 11。 Metal 可降低访问 GPU 的开销,从而有助于开发人员最大限度地发挥游戏引擎在图形和计算方面的潜力。 预编译的着色器以及支持高效多线程化等特性将帮助 GIANTS Software 对引擎进行改进。 专注于 DirectX 11 将有效简化 Windows 上的开发工作;11 版 API 增加了许多新特性,比如镶嵌、计算着色器和动态着色器耦合。

该引擎目前使用延时渲染,首先将所有几何体传递至渲染管道。 只有所有几何体传递完之后,才对最终图片进行渲染,着色是最后一个步骤。 延时渲染的优势在于,它可以减少对象的数量,从而反过来减少碎片的数量。 延时渲染使用分辨率大小(而非碎片总数),仅对屏幕上可见的像素执行光照运算。 如果使用多个动态光源,延时渲染可以发挥巨大优势。

不过,延时渲染带来优势的同时伴随着一定的代价:它使用大缓冲器,从而需要大量带宽来支持处理过程。 延时渲染也缺乏一些重要的特性,比如透明物体和抗锯齿,因此开发人员必须使用边缘检测和类似算法来克服这些局限性。 为了能够使用多种材质,开发人员还需要对延时渲染进行调整。

正向渲染的工作原理有很大的不同。 显卡投射物体,并将物体分解成多个顶点。 然后,顶点经过转换,分裂成碎片。 最终渲染在对象传递至屏幕之前完成。 GIANTS Software 计划迁移至正向渲染,以支持 Farming Simulator 17。

关于 GIANTS Software GmbH

GIANTS Software GmbH 是瑞士的一家视频游戏开发工作室,总部位于苏黎世。 自 2004 年起,GIANTS 开发了多款富有创意的游戏和技术产品。 除开发大获成功的 Farming Simulator 和 Demolition Company 游戏外,GIANTS 还提供自己的游戏引擎。 如欲了解更多信息,请访问:www.giants-software.com

更多信息

Jarek Rossignac, Alla Safonova, and Andrzej Szymczak, “3D Compression Made Simple: Edgebreaker on a Corner-Table,” http://www.cc.gatech.edu/~jarek/papers/CornerTableSMI.pdf.

声明

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